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1 基于 opt system 的掺铒光纤放大器(EDFA )性能研究摘要:首先介绍掺铒光纤放大器(EDFA )放大原理,其次对掺铒光纤放大器(EDFA )的结构作简要分析,重点分析了 EDFA 放大增益和入射光波长、Er 3+浓度之间的关系,以及双向泵浦掺铒光纤的性能和泵浦功率的关系。关键词: EDFA ,放大增益,饱和功率,噪声特性。一、前言掺铒光纤放大器(EDFA 即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子 Er 3+的光信号放大器。)是1985 年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器,它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er) 离子的光纤,它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪 80年代后期开始,掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。 WDM 技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。它具有以下优点: 。那么,被掺铒光纤放大器放大的光在光纤中的传输损耗小,能传输比较远的距离。 。 ,能在同一根光纤中传输几十甚至上百个信道。 ,接近量子极限,意味着可级联多个放大器。 ,各个信道间的串扰极小。二、 EDFA 的工作原理掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤中掺杂离子在泵浦光的作用下,形成粒子数反转,从而对入射光信号提供光增益。对于波长为 980nm 的泵浦源,掺铒光纤相当于一个三能级的系统。铒离子通过受激吸收入射波长为 980nm 的光子的能量, 从N1能级跃迁到 N3能级,由于 N3能到 N2能级的驰豫时间很短, N3能级上的粒子很快跃迁到 N2能级, N3能级上的粒子数基本上可认为是零。图1掺饵光纤放大器的工作原理图[1] 2 N2能级到 N1能级的驰豫时间比较长,为毫秒量级,是一个亚稳态。当有波长 1550nm 左右的信号光子输入时, N2能级的粒子受激辐射向 N1能级跃迁, 产生和入射光子同频、同相、同方向的光子,于是,入射光就得到放大。 N2能级没有受激辐射的粒子会以自发辐射的方式向 N1能级跃迁,产生波长 1550n m 左右的光子,其频率、相位、方向时随机的。 EDFA 主要是由掺铒光纤( EDF )、泵浦光源、光耦合器,光隔离器以及光滤波器等组成。在输入端和输出端各有一个隔离器,目的是使光信号单向传输。泵浦激器波长为 980nm 或1480nm ,用于提供能量。耦合器的作用是把输入光信号和泵浦光耦合进掺铒光纤中,通过掺铒光纤作用把泵浦光的能量转移到输入光信号中,实现输入光信号的能量放大。实际使用的掺铒光纤放大器为了获得较大的输出光功率,同时又具有较低的噪声指数等其他参数,采用两个或多个泵浦源的结构,中间加上隔离器进行相互隔离。为了获得较宽较平坦的增益曲线,还加入了增益平坦滤波器。按照它的泵浦方式不同, EDFA 有前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦三种泵浦方式,不同的泵浦方式放大器具有不同的性能,结构图如下图2 EDFA 的前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦三种泵浦方式[2] 三、 opt system 仿真图3是基于 opt system 的前向、后向、双向 EDFA 的结构仿真全局变量的设置是: Bit rate 是10GBis/s 、Se